一种改进的无线传感器网络DV-Hop定位算法的研究

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本文主要针对无线传感网络(Wireless Sensor Network, WSN)中的节点定位技术进行了深入的探讨和研究。众所周知,确定传感器节点的自身位置和事件发生的位置对于无线传感网络的监测活动是至关重要的,但由于受到成本,功耗,体积等因素的限制,对节点的定位技术带来了许多的困难,也提出了更高的要求。通过查阅大量相关的文献资料,本文介绍了无线传感网络当前的研究现状、特点以及定位技术。目前无线传感网络的定位算法主要分为两种类型,即基于距离(range-based)的定位算法和距离无关(range-free)(?)勺定位算法。本文着重针对距离无关定位算法中的DV-Hop算法和质心算法以及基于距离定位算法中的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)定位算法进行了详细的分析和讨论,并根据信标节点密度和节点密度对其定位精度的影响分别进行了MATLAB仿真,通过实验结果分析了网络中节点分布情况的变化对定位精度的影响。基于DV-Hop算法,质心算法和RSSI定位算法的理论基础,考虑这三种算法各自的优势和不足,本文针对无线传感网中传统的DV-Hop定位算法精度不高的问题,又提出了一种改进的DV-Hop定位算法,文章论述了该改进算法的基本原理。通过MATLAB仿真结果表明:与传统的DV-Hop算法相比,改进的DV-Hop算法进一步改善了定位性能,使得节点定位精度有了较大的提高,且不需要增加额外的硬件开销。本文设计了基于ZigBee协议的WSN定位系统来验证该定位算法。论文定位系统的硬件设计方案贯彻低功耗,低成本的理念。节点的核心模块采用较为经典的片上系统CC2430芯片,利用Protel软件完成了节点硬件的电路设计,系统软件设计方案基于IAR软件开发平台,研究了ZigBee协议栈,并将其移植,依据定位算法原理编写程序,完成了相关应用程序的开发,并实现了网关节点、参考节点和未知节点的相应功能,最后利用C#开发了相应的上位机定位监测软件,可以动态地显示定位结果。最后,设计了基于改进的DV-Hop定位算法的WSN定位系统的实验测试方案,该方案结合了改进的定位算法的特性,通过实测取得了较好的定位效果,降低了对节点硬件的要求,减少了成本。实验表明该定位系统基本可行。
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